DE112009004401T5

DE112009004401T5 - Kolbenanordnung mit einer Passage, die sich zu der zweiten Ringnut erstreckt

Info

Publication number: DE112009004401T5
Application number: DE112009004401T
Authority: DE
Inventors: Mark W. Jarrett; Craig P. HITTLE; Cletus M. Kinsey Jr.
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2012-08-16
Also published as: JP2012513571A; WO2010075207A1

Abstract

Eine Kolbenanordnung, die ausgebildet ist, um sich innerhalb eines Zylinders eines Verbrennungsmotors hin- und herzubewegen, wird offenbart. Die Kolbenanordnung enthält eine obere Oberfläche, eine zylindrische Wand, einen ersten Ring, einen zweiten Ring und mindestens eine Passage. Die zylindrische Wand erstreckt sich von der oberen Oberfläche aus und enthält eine erste Ringnut, eine zweite Ringnut und eine erste Spanfläche zwischen der ersten Ringnut und der zweiten Ringnut. Der erste Ring ist in der ersten Ringnut aufgenommen. Der zweite Ring ist in der zweiten Ringnut aufgenommen. Der zweite Ring enthält eine äußere Oberfläche, die ausgebildet ist für einen Eingriff am Zylinder und eine innere Oberfläche, die der äußeren Oberfläche gegenüberliegt. Die mindestens eine Passage koppelt das erste Volumen, welchem die äußere Oberfläche ausgesetzt ist, fluidmäßig an ein zweites Volumen, welchem die innere Oberfläche ausgesetzt ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung richtet sich an eine Kolbenanordnung, und spezieller an eine Kolbenanordnung für einen Verbrennungsmotor.
Hintergrund
Kolbenverbrennungsmotoren verwenden im Allgemeinen Kolbenanordnungen, die sich in einem Zylinder hin- und herbewegen, um die Energie, die während des Verbrennungsprozesses freigegeben wird, in nützliche Rotationsenergie umzuwandeln. Um diese Umwandlung zu realisieren, arbeiten die Kolbenanordnungen im Allgemeinen mit dem Zylinderrohr (oder dem Zylinder in dem Motorblock) und dem Kopf zusammen, um eine Verbrennungskammer zu bilden, deren Volumen verändert werden kann. Die Energie, die während des Verbrennungsprozesses freigesetzt wird, erzeugt einen erheblichen Druck innerhalb der Verbrennungskammer, der eine Kraft auf die Kolbenanordnung ausübt, damit sich diese in dem Zylinder bewegt. Die Kolbenanordnung ist an eine Kurbelwelle in einer derartigen Art und Weise gekoppelt, dass die lineare Bewegung der Kolbenanordnung in die Drehbewegung der Kurbelwelle umgewandelt wird. Wenn eine Bewegung der Kolbenanordnung innerhalb des Zylinders durch die Verbrennungsdrücke erzwungen wird, übt die Kolbenanordnung ebenso eine Kraft auf die Kurbelwelle aus, so dass diese dreht. Je größer der Druck innerhalb der Verbrennungskammer, desto mehr Kraft wird an den Kolben und letztendlich an die Kurbelwelle angelegt. Folglich ist es vorteilhaft, jegliche Leckage von Gasen an der Kolbenanordnung vorbei zu minimieren, um sicherzustellen, dass der maximale Druck auf die Kolbenanordnung wirkt. Es ist ebenso wünschenswert, die Kolbenanordnung zu schmieren, wenn sie sich innerhalb des Zylinders hin- und herbewegt, um dabei zu helfen, sicherzustellen, dass sie ordnungsgemäß arbeitet. Es wird jedoch immer wichtiger, zu verhindern, dass Öl an der Kolbenanordnung vorbei fließt und in die Verbrennungskammer eindringt, wo es während des Verbrennungsprozesses verbrannt wird, nicht nur deshalb, weil dies den Ölverbrauch minimiert, sondern auch, weil es dabei hilft, regulierte Emissionsbestandteile wie Ruß und NOx auf ihren geringsten Werten zu halten. Da Emissionsbestandteile weiter die zulässigen Werte von bestimmten Verbrennungsbestandteilen reduzieren, ist das Minimieren der Menge von Öl, das während des Verbrennungsprozesses verbrannt wird, was im Allgemeinen höhere Werte von regulierten Verbrennungsbestandteilen als bei der Verbrennung des Kraftstoffs zur Folge hat, ein Weg, um dabei zu helfen, die Produktion der regulierten Abgasbestandteile zu minimieren.
Um das Ausmaß von mit Druck beaufschlagtem Gas und Schmiermittel zu reduzieren, das in der Lage ist, zu lecken oder sich an der Kolbenanordnung vorbei zu bewegen, enthalten viele moderne Kolbenanordnungen einen Satz von Kolbenringen. Obwohl die Anzahl und die Konfigurationen der Kolbenringe variieren können, besteht eine gemeinsame Konfiguration darin, drei Kolbenringe zu haben – einen oberen Kolbenring, einen Zwischenkolbenring und einen unteren Kolbenring. Der primäre Zweck des oberen Kolbenrings liegt darin, die Leckage von Verbrennungsgasen an der Kolbenanordnung vorbei zu minimieren. Der primäre Zweck des unteren Kolbenrings liegt darin, Öl, das auf der Zylinderwand vorhanden sein kann, zu beseitigen bzw. abzukratzen. Der Zwischenkolbenring dient normalerweise dazu, den oberen Kolbenring zu sichern, indem eine zusätzliche Gasdichtung bereitgestellt wird, und um den unteren Kolbenring zu sichern, indem jeglicher verbleibender Ölfilm auf der Zylinderwand beseitigt wird. Im Allgemeinen arbeiten die Kolbenringe zusammen, um die gewünschte Abdichtungsaktion zu bilden. Wenn ein Ring nicht ordnungsgemäß arbeitet, dann wird die entsprechende Abdichtungsaktion höchstwahrscheinlich nicht erreicht.
An unterschiedlichen Stellen innerhalb des Viertaktmotorzyklus kann jeder der drei Kolbenringe unterschiedlichen Drücken ausgesetzt sein, unterschiedliche Bereiche eines bestimmten Kolbenrings können unterschiedlichen Drücken ausgesetzt sein, und jeder Kolbenring kann sich innerhalb seiner jeweiligen Ringnut zu unterschiedlichen Orten bewegen, sowohl axial als auch radial. Diese Drücke und Orte hängen, abgesehen von anderen möglichen Faktoren, davon ab, wo sich die Kolbenanordnung innerhalb des Viertaktzyklus befindet, von der Beschleunigung oder Verzögerung der Kolbenanordnung, von Verbrennungsdrücken und dem Reibungsgrad zwischen dem Kolbenring und der Zylinderwand.
Unter manchen Umständen kann der Zwischenkolbenring eine Situation erfahren, bei der er gegen das Obere seiner Ringnut gepresst wird (was eine Situation erzeugt, bei der die Vorderseite des Zwischenkolbenrings dem Druck zwischen dem oberen Kolbenring und dem Zwischenkolbenring ausgesetzt wird, und die Rückseite (oder die radial innere Seite) des Zwischenkolbenrings der Druck zwischen dem unteren Kolbenring und dem Zwischenkolbenring ausgesetzt wird)), und das Druckdifferential zwischen der Vorderseite des Rings und der Rückseite des Rings ist groß genug, um den Zwischenkolbenring dazu zu bringen, dass er „kollabiert” oder im Wesentlichen sich von der Zylinderwand weg bewegt. Wenn dies passiert, kann der Zwischenkolbenring nicht seine Ölbeseitigungsfunktion ausüben, wodurch Öl an dem Zwischenkolbenring vorbei fließen und während des Verbrennungsprozesses verbraucht werden kann. Dies führt nicht nur zu dem Verbrauch des Öls, sondern neigt auch dazu, ungewollt die Motorabgase zu erhöhen.
Die offenbarte Kolbenanordnung ist darauf gerichtet, ein oder mehrere der oben genannten Probleme oder andere Probleme zu überwinden.
Zusammenfassung
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält ein Kolben, der aufgebaut ist, um sich innerhalb eines Zylinders eines Verbrennungsmotors hin- und herzubewegen, eine obere Oberfläche und eine zylindrische Wand. Die zylindrische Wand erstreckt sich von der oberen Oberfläche weg und enthält eine erste Ringnut, eine zweite Ringnut, eine dritte Ringnut, eine erste Spanfläche, eine zweite Spanfläche und eine dritte Spanfläche. Die erste Ringnut ist aufgebaut, um einen ersten Ring aufzunehmen. Die zweite Ringnut ist aufgebaut, um einen zweiten Ring aufzunehmen. Die dritte Ringnut ist aufgebaut, um einen dritten Ring aufzunehmen. Die erste Spanfläche befindet sich zwischen der oberen Oberfläche und der ersten Ringnut. Die zweite Spanfläche befindet sich zwischen der ersten Ringnut und der zweiten Ringnut. Die dritte Spanfläche befindet sich zwischen der zweiten Ringnut und der dritten Ringnut. Die mindestens eine Passage erstreckt sich zwischen der zweiten Spanfläche und der zweiten Ringnut. Die mindestens eine Passage ist aufgebaut, um die zweite Ringnut an ein Volumen, das die zweite Spanfläche umgibt, fluidmäßig zu koppeln.
Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform enthält eine Kolbenanordnung, die ausgebildet ist, um sich innerhalb eines Zylinders eines Verbrennungsmotors hin- und herzubewegen, eine obere Oberfläche, eine zylindrische Wand, einen ersten Ring, einen zweiten Ring und mindestens eine Passage. Die zylindrische Wand erstreckt sich von der oberen Oberfläche aus und enthält eine erste Ringnut, eine zweite Ringnut und eine erste Spanfläche zwischen der ersten Ringnut und der zweiten Ringnut. Der erste Ring ist in der ersten Ringnut aufgenommen. Der zweite Ring ist in der zweiten Ringnut aufgenommen. Der zweite Ring enthält eine äußere Oberfläche, die ausgebildet ist, um an dem Zylinder und an einer inneren Oberfläche, die der äußeren Oberfläche gegenüberliegt, an- bzw. einzugreifen. Die mindestens eine Passage koppelt fluidmäßig ein erstes Volumen, welchem die äußere Oberfläche ausgesetzt ist, an ein zweites Volumen, welchem die innere Oberfläche ausgesetzt ist.
Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform enthält ein Verbrennungsmotor einen Block, einen Zylinderkopf, eine Kurbelwelle und eine Kolbenanordnung. Der Block enthält mindestens eine zylindrische Bohrung mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende. Der Zylinderkopf ist an den Block gekoppelt und umschließt im Wesentlichen das erste Ende der zylindrischen Bohrung. Die Kurbelwelle ist drehbar in dem Block aufgenommen. Die Kolbenanordnung ist in der zylindrischen Bohrung aufgenommen und ausgebildet, um innerhalb der zylindrischen Bohrung sich hin- und herzubewegen. Die Kolbenanordnung ist an die Kurbelwelle gekoppelt und ausgebildet, um die Kurbelwelle zu drehen, wenn sich der Kolben innerhalb der zylindrischen Bohrung hin- und herbewegt. Die Kolbenanordnung enthält eine obere Oberfläche, eine zylindrische Wand, einen ersten Kompressionsring, einen zweiten Kompressionsring und eine Ölringanordnung. Die zylindrische Wand erstreckt sich von der oberen Oberfläche aus und enthält eine erste Ringnut, eine zweite Ringnut, eine dritte Ringnut, eine erste Spanfläche zwischen der ersten Ringnut und der zweiten Ringnut, und mindestens eine Passage, die sich zwischen der ersten Spanfläche und der zweiten Ringnut erstreckt. Der erste Kompressionsring ist in der ersten Ringnut aufgenommen. Der zweite Kompressionsring ist in der zweiten Ringnut aufgenommen. Die Ölringanordnung ist in der dritten Ringnut aufgenommen. Die mindestens eine Passage ist ausgebildet, um die zweite Ringnut fluidmäßig an das Volumen zu koppeln, das die erste Spanfläche umgibt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Teilquerschnittsansicht eines Motors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
2 zeigt eine Teilquerschnittsansicht einer Kolbenanordnung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
3 zeigt eine Teilquerschnittsansicht einer Kolbenanordnung gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform.
4 zeigt eine perspektivische Teilansicht der Kolbenanordnung von 3.
5 zeigt eine Teilquerschnittsansicht einer Kolbenanordnung gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform.
Obwohl die Zeichnungen beispielhafte Ausführungsformen oder Merkmale der vorliegenden Offenbarung verdeutlichen, sind die Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, und bestimmte Merkmale können zur besseren Verdeutlichung und Erklärung hervorgehoben sein. Die hier gegebenen Erklärungen verdeutlichen beispielhafte Ausführungsformen oder Merkmale, und derartige Erklärungen sind nicht als Einschränkung des erfinderischen Bereichs in irgendeiner Weise auszulegen.
Detaillierte Beschreibung
Es wird jetzt im Einzelnen Bezug genommen auf spezielle Ausführungsformen oder Merkmale, wobei Beispiele von diesen in den beigefügten Zeichnungen verdeutlicht sind. Im Allgemeinen werden gleiche oder entsprechende Bezugszeichen in den Zeichnungen verwendet, um gleiche oder entsprechende Teile zu bezeichnen. Es soll verstanden werden, dass die Begriffe „oberer”, „unterer”, „oben”, „unten”, „nach oben”, „nach unten” oder andere Begriffe, die eine Orientierung betreffen, verwendet werden, um lediglich die Beschreibung der Objekte, wie sie in den Figuren gezeigt sind, zu erleichtern, und sollen nicht als Einschränkung des Bereichs dieser Beschreibung auf die Orientierungen, die zu diesen Ausdrücken gehören, angesehen werden.
Allgemein Bezug nehmend auf 1 ist ein Verbrennungsmotor 10 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform gezeigt. Der Motor 10 ist eine Vorrichtung, die chemische Energie (von einem Kraftstoff wie beispielsweise Dieselkraftstoff, Biodiesel, Benzin, etc.) in eine mechanische Rotationsenergie umwandelt, und die als Leistungsquelle in einer Vielzahl von unterschiedlichen Anwendungen verwendet werden kann, wie beispielsweise in Fahrzeugen, Lokomotiven, Maschinen, etc. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält der Motor 10 einen Block 12, eine Kopfanordnung 16, eine Kolbenanordnung 18, eine Verbindungsstange 20 und eine Kurbelwelle 22.
Der Block 12 hat im Allgemeinen eine starre Struktur oder ein Gehäuse, das ausgebildet ist, um die Kopfanordnung 16, die Kolbenanordnung 18, die Verbindungsstange 20 und die Kurbelwelle 22 aufzunehmen und abzustützen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform definiert der Block 12 eine im Allgemeinen zylindrische Kammer 24, die die Kurbelwelle 22 aufnimmt, und eine oder mehrere zylindrische Bohrungen 26, die sich von der Kammer 24 radial nach außen erstrecken. Jede der zylindrischen Bohrungen 26 kann ausgebildet sein, um eine Kolbenanordnung 18 direkt aufzunehmen, oder um ein Zylinderrohr 28 aufzunehmen, das wiederum ausgebildet ist, um direkt eine Kolbenanordnung 18 aufzunehmen. Jedes Zylinderrohr 28 ist ein im Allgemeinen röhrenförmiges Bauteil, das in einer zylindrischen Bohrung 26 aufgenommen ist, und das eine Kolbenbohrung 34, entlang der eine Kolbenanordnung 18 sich hin- und herbewegt, definiert. Der Block 12 definiert auch eine im Allgemeinen flache Fläche 30, die sich an dem distalen Ende jeder zylindrischen Bohrung 26 befindet, die ausgebildet ist, um das Koppeln der Kopfanordnung 16 an dem Block 12 zu erleichtern.
Die Kopfanordnung 16 ist eine Anordnung von Komponenten, die mit Zylinderrohren 28, dem Block 12 und Kolbenanordnungen 18 zusammenarbeiten, um im Wesentlichen geschlossene Verbrennungskammern 32 zu definieren, und die Mechanismen enthält, die den Strom von Luft oder anderen Gasen in die Verbrennungskammern 32 hinein und heraus sowie die Einspritzung von Kraftstoff in die Verbrennungskammern 32 steuern. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält die Kopfanordnung 16 ein Gehäuse 35, das die allgemeine Struktur der Kopfanordnung 16 bildet und ausgebildet ist, um die anderen Komponenten der Kopfanordnung 16 aufzunehmen und abzustützen. Das Gehäuse 35 enthält eine untere Fläche, die gegen die flache Fläche 30 des Blocks 12 passt, um eine im Allgemeinen abgedichtete Schnittstelle zwischen der Kopfanordnung 16 und dem Block 12 zu bilden. Wenn es an den Block 12 gekoppelt ist, dient das Gehäuse 35 dazu, jede der Kolbenbohrungen 34 abzudecken und zu umschließen. Das Gehäuse 35 enthält auch Einlassanschlüsse 36, die Luft in die Verbrennungskammern 32 lenken, Auslassanschlüsse 40, die Abgas aus den Verbrennungskammern 32 ausleiten, und Bohrungen 44 (normalerweise eine pro Verbrennungskammer 32), die jeweils ausgebildet sind, um einen Kraftstoffeinspritzer 46, der Kraftstoff in die entsprechende Verbrennungskammer 32 einspritzt, aufzunehmen. Die Kopfanordnung 16 enthält auch Einlassventile 34, die den Einlassanschlüssen 36 entsprechen, und die dazu dienen, den Luftstrom in jede Verbrennungskammer 32 zu steuern, und enthält Auslassventile 42, die den Auslassanschlüssen 40 entsprechen und dazu dienen, den Abgasstrom aus jeder Verbrennungskammer 32 heraus zu steuern. Gemäß verschiedenen alternativen und beispielhaften Ausführungsformen kann die Kopfanordnung eine von einer Vielzahl von verschiedenen Konfigurationen aufweisen, kann andere verschiedene Komponenten enthalten, wie beispielsweise verschiedene Mechanismen zum Steuern der Aktuation der Einlassventile 38 und Auslassventile 42 (beispielsweise Nocken, Kipphebel, Motorbremsen, verschiedene ventilbetriebene Systeme, etc.), das Gehäuse der Kopfanordnung kann in einem Teil oder in mehreren individuellen Teilen, die zusammengekoppelt sind, vorgesehen werden, oder die Kopfanordnung kann eine von verschiedenen anderen Ausführungsformen sein, die im Stand der Technik bekannt sind.
Kolbenanordnungen 18, die nachfolgend genauer beschrieben werden, werden in den Kolbenbohrungen 34 (mit einer Kolbenanordnung 18 in jeder Kolbenbohrung 34) aufgenommen und dienen im Allgemeinen zur Zusammenarbeit mit Zylinderrohren 28 und der Kopfanordnung 16, um die Verbrennungskammern 32 zu bilden. Jede Kolbenanordnung 18 ist ausgebildet, um sich in der entsprechenden Kolbenbohrung 34 hin- und herzubewegen, wenn sie jeden Motorzyklus (beispielsweise einen Viertaktmotorzyklus oder einen Zweitaktmotorzyklus) beendet und darin fortfährt, den Motorzyklus so lange zu wiederholen, wie der Motor 10 arbeitet. Eine Verbindungsstange oder Kolbenstange 20 ist eine starre Stange oder ein Bauteil, das die Kolbenanordnung 18 mit der Kurbelwelle 22 verbindet. Die Kurbelwelle 22 ist eine Welle, die um eine Achse dreht und die Drehleistungsausgabe des Motors 10 bereitstellt. Die Kurbelwelle 22 enthält radial versetzte „Kurbelzapfen” an die ein Ende der Verbindungsstangen 20 gekoppelt ist. Wenn sich jede Kolbenanordnung 18 innerhalb der Kolbenbohrung 34 in einer linearen Weise hin- und herbewegt, veranlasst die entsprechende Verbindungsstange 20 die Kurbelwelle 22, sich zu drehen.
Jetzt Bezug nehmend auf die 1 und 2 ist die Kolbenanordnung 18 eine starre Vorrichtung, die entlang der Kolbenbohrung 34 des Zylinderrohrs 28 gleitet oder sich darin bewegt, um einem Volumen der Verbrennungskammer 32 zu erlauben, sich zu ändern. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält die Kolbenanordnung 18 einen Kolben 50, einen Satz von Kolbenringen 52 und einen Zapfen 54.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist der Kolben 50 eine Pendelschaftkolbenanordnung und enthält einen Kopf oder einen Kolbenboden 56 und einen Mantel 58.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist der Kopf 56 im Allgemeinen ein zylindrisches Bauteil mit einer oberen Oberfläche 60, einer Schale 62, einer zylindrischen Seitenwand oder einem Mantel 64, einer Kühlstrecke 66 und Zapfensockeln 68. Die obere Oberfläche 60 ist eine im Wesentlichen flache ringförmige Region, die sich in einer Ebene befindet, die senkrecht zu der Achse des Zylinderrohrs 28 ist. Die Schale 62 ist eine ausgenommene Region, die sich in die Ebene, die durch die obere Oberfläche 60 definiert wird, hineinerstreckt, und dient zur Verbesserung der Verbrennungseffizienz. Gemäß verschiedenen beispielhaften und alternativen Ausführungsformen kann die Schale 62 eine von einer Vielzahl von unterschiedlichen Formen und Größen haben, in Abhängigkeit von bestimmten Charakteristiken, die die Verbrennung beeinflussen (beispielsweise Einspritzdruck, Einspritzsprühwinkel, Zylinderdurchmesser, etc.).
Eine Seitenwand 64 erstreckt sich senkrecht von dem äußeren Rand der oberen Oberfläche 60. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält die Seitenwand 64, beginnend an der oberen Oberfläche 60 und davon sich wegbewegend, eine erste oder obere Spanfläche 70, eine erste oder obere Ringnut 72, eine zweite oder obere Zwischenspanfläche 74, eine zweite oder Zwischenringnut 76, eine dritte oder untere Zwischenspanfläche 78, eine dritte oder untere Ringnut 80 und eine vierte oder untere Spanfläche 82. Die obere Ringnut 72 ist im Allgemeinen eine keilförmige oder trapezförmige Ringausnehmung, die sich radial nach innen in die Seitenwand 64 erstreckt und ausgebildet ist, um einen der Kolbenringe von dem Satz 52 aufzunehmen. Die Zwischenringnut 76 ist eine im Allgemeinen rechteckig geformte ringförmige Ausnehmung, die sich radial nach innen in die Seitenwand 64 erstreckt und ausgebildet ist, um einen anderen der Kolbenringe von dem Satz 52 aufzunehmen. Die Zwischenringnut 76 ist durch zwei im Wesentlichen parallele Seiten 84 und 86, die im Wesentlichen parallel zu der oberen Oberfläche 60 sind, und eine innere Seite 88 definiert, die sich zwischen den Seiten 84 und 86 erstreckt. Die untere Ringnut 80 ist eine im Allgemeinen rechteckig geformte ringförmige Ausnehmung, die sich radial nach innen in die Seitenwand 64 erstreckt und ausgebildet ist, um einen noch anderen von den Kolbenringen des Satzes 52 aufzunehmen. Gemäß verschiedenen alternativen und beispielhaften Ausführungen bzw. Ausführungsformen kann jede der Ringnuten 72, 76 und 80 irgendeine von einer Vielzahl von unterschiedlichen Konfigurationen aufweisen, die für den Motor, in dem sie verwendet werden, geeignet sind.
Eine Kühlausnehmung 66 ist ein Hohlraum oder eine Kammer, die ausgebildet ist, um ein Kühlfluid aufzunehmen, beispielsweise ein Motoröl, um die Übertragung von Wärme von der Kolbenanordnung 18 weg zu erleichtern. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist die Kühlausnehmung 66 durch eine ringförmige Ausnehmung definiert, die sich axial in eine untere Fläche 90 des Kopfs 56 erstreckt. Die Kühlausnehmung 66 ist derart konfiguriert, dass sie radial nach innen von der Seitenwand 64 des Kopfs 56 und axial unter der Schale 62 beabstandet ist. Gemäß verschiedenen alternativen und beispielhaften Ausführungsformen kann die Kühlausnehmung eine von einer Vielzahl von unterschiedlichen Formen und Größen haben, und kann an unterschiedlichen radialen und axialen Orten relativ zu der Seitenwand 64 und der Schale 62 bereitgestellt werden, in Abhängigkeit von den Betriebscharakteristiken der speziellen Kolbenanordnung 18 und des Motors 10.
Zapfensockel 68 sind Vorsprünge oder Strukturen, die ein Koppeln des Kopfs 56 mit dem Zapfen 54 oder dem Mantel 58 erleichtern. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform erstrecken sich zwei Zapfensockel 68 von der unteren Fläche 90 des Kopfs 54 nach unten und sind derart beabstandet, dass ein Bereich der Verbindungsstange 20 zwischen diesen aufgenommen werden kann. Jeder Zapfensockel 68 enthält eine Bohrung, die ausgebildet ist, um den Zapfen 54 aufzunehmen.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist der Mantel 58 ein im Allgemeinen röhrenförmiges Bauteil, das über den Zapfen 54 an den Kopf 56 gekoppelt ist. Der Mantel 58 enthält eine Bohrung, die sich durch den Mantel 58 in einer radialen Richtung hindurch erstreckt. Wenn der Mantel 58 an dem Kopf 56 montiert ist, ist die Bohrung des Mantels 58 zu den Bohrungen in den Zapfensockeln 68 des Kopfs 56 ausgerichtet und der Zapfen 54 ist durch alle Bohrungen hindurch eingesetzt. In dieser Weise dient der Zapfen 54 dazu, den Mantel 58 und den Kopf 56 aneinander zu koppeln.
Der Satz von Kolbenringen 52 bezieht sich auf die Kolbenringe, die in den Ringnuten 72, 76 und 80 des Kolbens 50 aufgenommen sind. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält der Satz von Kolbenringen 52 einen ersten Kompressionsring 92, der ausgebildet ist, um in der oberen Ringnut 72 platziert zu werden, einen zweiten Kompressionsring 94, der ausgebildet ist, um in der Zwischenringnut 76 platziert zu werden, und eine Ölringanordnung 96, die ausgebildet ist, um in der unteren Ringnut 80 platziert zu werden. Der erste Kompressionsring 92 und der zweite Kompressionsring 94 dienen im Allgemeinen dazu, den Durchlass von Verbrennungsgasen und unverbranntem Kraftstoff an der Kolbenanordnung 18 vorbei und in die Kurbelwelle (ein Phänomen, das bekannt ist als „blow-by” bzw. Leckgas) zu reduzieren, zu minimieren oder im Wesentlichen zu verhindern. In dieser Funktion helfen die Ringe 92 und 94 dabei, die Effizienz des Motors 10 aufrecht zu erhalten, indem die Leckage von Gasen an der Kolbenanordnung 18 vorbei verhindert oder reduziert wird, die stattdessen verwendet werden können, um dabei zu helfen, die Kolbenanordnung 18 und folglich die Kurbelwelle 22 anzutreiben. Die Ringe 92 und 94 dienen zumindest teilweise auch dazu, den Durchlass von Öl (von dem Kurbelwellengehäuse) in die Verbrennungskammer zu reduzieren, zu minimieren oder im Wesentlichen zu verhindern. In dieser zuletzt genannten Funktion hilft das Reduzieren oder Verhindern des Durchlasses von Öl in die Verbrennungskammer dabei, die Emissionen niedrig zu halten und hilft ebenso dabei, den Verbrauch von Öl durch den Motor 10 zu verhindern oder zu reduzieren. Die Ölringanordnung 96, die gemäß einer beispielhaften Ausführungsform einen „M”-förmigen Ring oder eine Schiene enthält, die radial nach außen durch eine Doppelwendelexpansionsfeder gedrängt wird, dient im Allgemeinen zur Steuerung des Ölfilms auf der Kolbenbohrung 34. Jeder der drei Ringe 92, 94 und 96 arbeitet im Allgemeinen zusammen als ein System, um ein Leckgas zu reduzieren, den Ölverbrauch zu reduzieren und um Wärme von dem Kolben 50 zu dem Zylinderrohr 28 zu übertragen. Gemäß verschiedenen beispielhaften und alternativen Ausführungsformen kann jeder der drei Ringe eine von einer Vielzahl von unterschiedlichen Konfigurationen aufweisen, die geeignet sind für eine bestimmte Anwendung, beispielsweise eine von vielen gegenwärtig bekannten Konfigurationen oder von anderen Konfigurationen, die in Zukunft designed werden.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält der zweite Kompressionsring 94 eine radial nach außen weisende Fläche 100, eine radial nach innen weisende Fläche 102, eine axial nach oben weisende Fläche 104 und eine axial nach unten weisende Fläche 106. Die Fläche 100 ist ausgebildet, um an der Kolbenbohrung 34 anzugreifen, um eine Abdichtungs- und Abwischfunktion bereitzustellen. Die axial nach oben weisende Fläche 104 und die axial nach unten weisende Fläche 106 sind im Allgemeinen parallel zueinander und ausgebildet, um mit der Seite 84 und der Seite 86 der Ringnut 76 jeweils zusammen zu arbeiten. Die radial nach innen weisende Fläche 102 enthält eine im Allgemeinen axiale Region 107 und eine verjüngte Region 108. Gemäß verschiedenen beispielhaften und alternativen Ausführungsformen kann der zweite Kompressionsring irgendeine von einer Vielzahl von unterschiedlichen Querschnittsformen haben, in Abhängigkeit von zumindest teilweise der Performance und Betriebscharakteristiken des ersten Kompressionsrings 92 und der Ölringanordnung 96.
Der Zapfen 54, auch bekannt als Anlenkbolzen oder Kolbenbolzen, ist ein starrer Zapfen, der ausgebildet ist, um sich durch die Bohrungen in dem Mantel 58, die Bohrungen in den Zapfensockeln 68 des Kopfs 56, und eine Bohrung in einem Ende des Verbindungsstabs 20 hindurch zu erstrecken, um den Mantel 58 und den Kopf 56 aneinander zu koppeln, und um die Kolbenanordnung 18 an die Verbindungsstange 20 zu koppeln. Gemäß verschiedenen beispielhaften und alternativen Ausführungsformen kann der Zapfen bzw. der Bolzen irgendeine von einer Vielzahl von unterschiedlichen Konfigurationen haben, beispielsweise eine von denjenigen Konfigurationen, die gegenwärtig bekannt sind.
Gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen enthält die Seitenwand 64 des Kopfs 56 des Kolbens 50 auch eine Passage (abgesehen von irgendeinem Spalt, der zwischen der Seite 84 der zweiten Ringnut 76 und einer axial nach oben weisenden Fläche 104 des zweiten Kompressionsrings 94 während des Betriebs des Motors 10 gebildet werden kann), die zur fluidmäßigen Kopplung eines Hohlraums 98, der zwischen dem ersten Kompressionsring 92, dem zweiten Kompressionsring 94, der zweiten Spanfläche 74 und der Kolbenbohrung 34 gebildet wird, an einen Hohlraum 99 dient, der gebildet wird zwischen den Seiten 84, 86 und 88 der zweiten Ringnut 76 und der radial nach innen weisenden Fläche 102 des zweiten Kompressionsrings 94. Diese Passage erlaubt einem mit Druck beaufschlagten Gas von dem Hohlraum 98 in den Hohlraum 99 zu gelangen, das dann gegen die radial nach innen weisende Fläche 102 des zweiten Kompressionsrings 94 arbeitet, um eine Kraft auszuüben, die den zweiten Kompressionsring 94 radial nach außen gegen die Kolbenbohrung 34 drängt. Die entsprechende Größe, Form, Konfiguration und die Anzahl von Passagen können im Allgemeinen zumindest teilweise von den Drücken abhängen, denen die Kolbenanordnung 18 ausgesetzt ist, von der Größe der Kolbenanordnung 18, den Drehzahlbereichen des Motors, in dem die Kolbenanordnung 18 verwendet wird, und von anderen Faktoren.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, wie in 2 gezeigt, ist die Passage durch eine zylindrische Bohrung 108 gebildet, die sich diagonal von der zweiten Spanfläche 74 zu einem Bereich der Seite 84 der Ringnut 76 erstreckt, die eine Grenze des Hohlraums 99 bildet. In einer Ausführungsform kann der Durchmesser der Bohrung 108 gleich oder größer sein als ungefähr 0,5 Millimeter. In einer anderen Ausführungsform kann der Durchmesser der Bohrung 108 gleich oder größer sein als ungefähr 0,75 Millimeter. In anderen Ausführungsformen kann der Durchmesser der Bohrung 108 gleich oder größer als ungefähr 1 Millimeter sein. In einer anderen Ausführungsform kann der Durchmesser der Bohrung 108 gleich oder größer sein als ungefähr 2,5 Millimeter. In einer weiteren Ausführungsform kann der Durchmesser der Bohrung 108 in dem Bereich von ungefähr 0,5 bis 1,0 Millimeter liegen, beispielsweise bei ungefähr 0,75 Millimetern. Gemäß verschiedenen beispielhaften und alternativen Ausführungsformen kann der Kolben 50 lediglich eine Bohrung 108 oder mehrere Bohrungen 108, die in Umfangsrichtung des Kolbens 50 voneinander beabstandet sind, enthalten. Gemäß anderen Ausführungsformen kann die Bohrung irgendein Typ von Öffnung sein, beispielsweise ein Loch, eine Aussparung oder ein Schlitz, und kann eine Form aufweisen, die eine andere ist als eine zylindrische Form. Beispielsweise kann die Bohrung verjüngt sein mit einem Durchmesser, der allmählich zu- oder abnimmt, wenn sie sich von der zweiten Spanfläche 74 zu der Ringnut 76 erstreckt, sie kann die Form eines Champagnerglases aufweisen, eine Tonnenform haben oder sie kann irgendeine von einer Vielzahl von anderen Formen haben. Gemäß den anderen beispielhaften und alternativen Ausführungsbeispielen kann die Bohrung in dem Kolben 50 gebildet werden, indem irgendein geeigneter Herstellungsprozess verwendet wird, enthaltend ein Bohren, Fräsen, Laserbohren oder andere geeignete Prozesse oder Techniken.
Gemäß einer noch anderen beispielhaften Ausführungsform, die in den 3 und 4 gezeigt ist, ist die Passage durch eine Aussparung 110 gebildet, die sich axial nach oben in die zweite Spanfläche 74 und radial nach innen in die Seite 84 der zweiten Ringnut 76 erstreckt, um den Hohlraum 99 und den Hohlraum 98 fluidmäßig zu koppeln. Gemäß verschiedenen beispielhaften und alternativen Ausführungsformen kann der Kolben 50 lediglich eine Aussparung 110 oder eine Mehrzahl von Aussparungen 110, die voneinander in Umfangsrichtung des Kolbens 50 beabstandet sind, enthalten. Gemäß den anderen beispielhaften und alternativen Ausführungsbeispielen kann jede Aussparung irgendeine von einer Vielzahl von unterschiedlichen Konfigurationen haben. Beispielsweise kann die Aussparung eine Ausnehmung, eine Rille, eine Rastung oder irgendeine andere von einer Vielzahl von anderen Konfigurationen sein, und kann die Form eines Teilzylinders, einer Kugel, eines Rechtecks oder andere Formen aufweisen oder kann V-förmig sein oder irgendeine andere geeignete Form oder Konfiguration haben. Gemäß den anderen beispielhaften und alternativen Ausführungsformen kann die Aussparung in dem Kolben 50 gebildet werden, indem irgendein geeigneter Herstellungsprozess verwendet wird, enthaltend Bohren, Fräsen, Laserbohren oder andere geeignete Prozesse oder Techniken.
Der Gesamtbereich der Passagen, die in dem Kolben 50 bereitgestellt werden, hängt ab von der Form und der Konfiguration jeder Passage und von der Gesamtanzahl von Passagen, die bereitgestellt sind. In einem Ausführungsbeispiel kann der Gesamtbereich gleich oder größer als ungefähr 0,2 mm² sein. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Gesamtbereich gleich oder größer als ungefähr 0,44 mm² sein. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Gesamtbereich gleich oder größer als ungefähr 0,79 mm² sein. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Gesamtbereich gleich oder größer als ungefähr 4,91 mm² sein. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Gesamtbereich in dem Bereich von ungefähr 0,2 mm² bis ungefähr 0,79, beispielsweise bei ungefähr 0,44 mm² liegen.
Gemäß einer anderen alternativen Ausführungsform, das in 5 gezeigt ist, kann die Passage in der Form einer Aussparung 112 ausgebildet sein, die anstatt in dem Kolben 50 in einer axial nach oben weisenden Fläche 104 des zweiten Kompressionsrings 94 bereitgestellt ist. Gemäß verschiedenen beispielhaften und alternativen Ausführungsformen kann der zweite Kompressionsring 94 lediglich eine Aussparung 112 enthalten oder kann mehrere Aussparungen 112 enthalten, die um den Umfang des zweiten Kompressionsrings 94 herum beabstandet sind. Gemäß verschiedenen beispielhaften und alternativen Ausführungsformen kann jede Aussparung irgendeine von einer Vielzahl von unterschiedlichen Konfigurationen haben. Beispielsweise kann die Aussparung eine Ausnehmung, eine Rille, eine Rastung oder irgendeine andere von einer Vielzahl von anderen Konfigurationen haben, und kann die Form eines Teilzylinders, einer Kugel, eines Rechtecks oder andere Formen haben, oder sie kann V-förmig sein oder irgendeine andere geeignete Form oder Konfiguration aufweisen. Gemäß anderen beispielhaften und alternativen Ausführungsformen kann die Aussparung in dem zweiten Kompressionsring 94 gebildet werden, indem irgendein geeigneter Herstellungsprozess verwendet wird, enthaltend ein Bohren, Fräsen, Laserbohren oder andere geeignete Prozesse oder Techniken.
Obwohl das Vorangegangene in Verbindung mit einem Pendelschaftkolben beschrieben wurde, können die passagen-gekoppelten Hohlräume 98 und 99 auch in einem einstückigen Kolben oder in anderen Kolbenkonfigurationen bereitgestellt werden. Obwohl in Verbindung mit einem Dieselmotor beschrieben, können in ähnlicher Weise die passagen-gekoppelten Hohlräume 98 und 99 in Verbindung mit Kolben für Benzinmotoren oder andere Typen von Verbrennungsmotoren (beispielsweise Gaskraftstoffmotoren, etc.) verwendet werden.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Während eines typischen Viertaktmotorzyklus durchläuft die Kolbenanordnung 18 einen Expansions- oder Arbeitshub, einen Auslasshub, einen Ansaughub und einen Verdichtungshub. Wenn die Kolbenanordnung 18 innerhalb der Kolbenbohrung 34 sich hin- und herbewegt, kann jeder von dem ersten Kompressionsring 92, dem zweiten Kompressionsring 94 und der Ölringanordnung 96 sich jeweils innerhalb der ersten Ringnut 72, der zweiten Ringnut 76 und der dritten Ringnut 80 bewegen. Es gibt mindestens drei Faktoren, die die Bewegung des zweiten Kompressionsrings 94 in der zweiten Ringnut 76 beeinträchtigen. Diese drei Faktoren enthalten die Reibung zwischen dem zweiten Kompressionsring 94 und der Kolbenbohrung 34, die Beschleunigung oder Verzögerung der Kolbenanordnung 16 und die unterschiedlichen Drücke der Gase, die auf den zweiten Kompressionsring 94 wirken. Diese drei Faktoren arbeiten zusammen oder gegeneinander, in Abhängigkeit von der Situation, um den zweiten Kompressionsring 94 in der zweiten Ringnut 76 zu bewegen.
Während des Kompressionshubs startet die Kolbenanordnung 18 an einem unteren Totpunkt und bewegt sich zu einem oberen Totpunkt. Die Bewegung der Kolbenanordnung 18 von dem unteren Totpunkt zu dem oberen Totpunkt erfolgt über eine 180 Grad-Drehung der Kurbelwelle 22. Über diese 180 Grad wird die Kolbenanordnung 18 ungefähr für die ersten 110 Grad beschleunigt, und wird dann für die verbleibenden 70 Grad, bis die Kolbenanordnung 18 den oberen Totpunkt erreicht, verzögert. Der genaue Ort, wo die Verzögerung beginnt, hängt von der Länge der Verbindungsstange 20 und dem Hub der Kurbelwelle 22 ab, und kann für verschiedene Motorkonfigurationen variieren. Für viele Motorkonfigurationen ist dieser Ort jedoch ungefähr 70 Grad vor dem oberen Totpunkt. Wenn die Kolbenanordnung 18 von dem unteren Totpunkt zu dem oberen Totpunkt sich bewegt, veranlasst dies eine Reduzierung des Volumens der Verbrennungskammer 32. Da die Einlassventile 38 und die Auslassventile 42 im Allgemeinen während des Kompressionshubs geschlossen sind, verursacht die Volumenreduzierung durch die Kolbenanordnung 18 eine Erhöhung des Drucks innerhalb der Verbrennungskammer 32. Ein gewisser Anteil dieses Drucks leckt wahrscheinlich an dem ersten Kompressionsring 92 vorbei und wirkt auf den zweiten Kompressionsring 94.
Man nimmt an, dass bei einem Fehlen der Passagen (beispielsweise Bohrung 108, Aussparung 110 oder Aussparung 112) in der Kolbenanordnung 18 oder in dem zweiten Kompressionsring 94 unter gewissen Umständen eine Situation während des Kompressionshubs entstehen kann, bei der die Reibungskräfte und der Druck, die auf den zweiten Kompressionsring 94 wirken, nicht ausreichen, um die Wirkung der Verzögerung der Kolbenanordnung 18 zu überwiegen, so dass, wenn die Kolbenanordnung 18 den oberen Totpunkt erreicht, der zweite Kompressionsring 94 an einer Position ist, wo er gegen die Seite 84 (die obere Seite) der zweiten Ringnut 76 gedrängt wird. Dann ist zumindest während des Beginns des Arbeitshubs die Beschleunigung der Kolbenanordnung 16 in Kombination mit den Reibungskräften, die auf den zweiten Kompressionsring 94 wirken, ausreichend, um den zweiten Kompressionsring 94 gegen die Seite 84 der zweiten Ringnut 76 zu drängen. obwohl in dieser Situation der Gasdruck, der durch die Verbrennung erzeugt wird, und der seinen Weg an dem ersten Kompressionsring 92 vorbei macht, den zweiten Kompressionsring 94 zu der Seite 86 (die untere Seite) der zweiten Ringnut 76 drängt, sind die Druckkräfte, die auf den zweiten Kompressionsring 94 wirken, nicht ausreichend, um diesen von seiner Position an dem oberen Bereich der zweiten Ringnut 76 weg zu bewegen. Da jedoch der zweite Kompressionsring 94 immer noch gegen die Seite 84 (die obere Seite) der zweiten Ringnut 76 gepresst wird, kann eine Druckdifferenz zwischen der radial nach außen weisenden Fläche 100, die dem Druck in dem Hohlraum 98 über dem zweiten Kompressionsring 94 ausgesetzt ist, und der radial nach innen weisenden Fläche 102 des zweiten Kompressionsrings 94, die dem Druck in dem Hohlraum 99 ausgesetzt ist (der im Allgemeinen gleich dem Druck in dem Hohlraum 114 unterhalb des zweiten Kompressionsrings 94 ist) erzeugt werden. In einigen Situationen wird angenommen, dass diese Druckdifferenz den zweiten Kompressionsring 94 veranlasst zu kollabieren (oder von der Kolbenbohrung 34 sich wegzubewegen). Wenn der zweite Kompressionsring 94 während des Arbeitshubs kollabiert, ist der zweite Kompressionsring 94 nicht länger in der Lage, die Funktion des Abkratzens bzw. Beseitigens von Öl von der Kolbenbohrung 34 durchzuführen. Folglich wird erlaubt, dass mehr Öl auf der Kolbenbohrung 34 verbleibt, und wenn die Kolbenanordnung 18 die Bewegung nach unten fortführt, wird dieses verbleibende Öl als Teil des Verbrennungsprozesses verbrannt. Das Verbrennen des Öls verbraucht nicht nur das Öl, sondern hat auch den Effekt einer Erhöhung von bestimmten ungewollten Abgasbestandteilen, wodurch es schwierig wird, die zunehmend strengen Emissionsregulierungen zu erfüllen.
Es wird angenommen, dass die Hinzufügung der Passagen (beispielsweise Bohrung 108, Aussparung 110 oder Aussparung 112) zu der Kolbenanordnung 18 und/oder zu dem zweiten Kompressionsring 94 helfen kann, das Kollabieren des zweiten Kompressionsrings 94 zu reduzieren oder zu verhindern. Die Passagen erreichen dies, indem die Größe der Druckdifferenz zwischen der radial nach außen weisenden Fläche 101 und der radial nach innen weisenden Fläche 102 des zweiten Kompressionsrings 94 durch den Fluidkopplungshohlraum 98, wobei ein Druck darin auf die radial nach außen weisende Fläche 100 wirkt, und den Hohlraum 99, wobei ein Druck darin auf die radial nach innen weisende Fläche 102 wirkt, reduziert oder verhindert wird. Wenn die Drücke, die auf gegenüberliegende Flächen des zweiten Kompressionsrings 94 wirken, gleich oder nahezu gleich sind, ist das Kollabieren des zweiten Kompressionsrings 94 weniger wahrscheinlich.
Es ist wichtig anzumerken, dass der Aufbau und die Anordnung der Bauteile der Kolbenanordnung, wie in den beispielhaften und anderen alternativen Ausführungsformen gezeigt, lediglich illustrativ ist. Obwohl nur wenige Ausführungsformen der Kolbenanordnung im Einzelnen in dieser Offenbarung beschrieben worden sind, können Fachleute auf diesem Gebiet, die diese Offenbarung überdenken, jederzeit feststellen, dass viele Modifikationen möglich sind (beispielsweise Änderungen in Größen, Dimensionen, Strukturen, Formen und Eigenschaften der verschiedenen Bauteile, Werte von Parametern, Montageanordnungen, Verwendung von Materialien, Orientierungen, Komponentenorten, etc.), ohne materiell von den neuen Lehren und Vorteilen des genannten Gegenstandes abzuweichen. Beispielsweise können die Bauteile, die als integriert ausgebildet gezeigt sind, aus mehreren Teilen oder Bauteilen gebildet werden, oder Bauteile, die als mehrere Teile gezeigt sind, können integriert ausgebildet sein, der Betrieb der Schnittstellen kann umgekehrt sein oder in anderer Weise geändert werden und/oder die Länge, Breite oder andere Dimensionen der Strukturen und/oder der Bauteile oder Verbinder oder andere Elemente des Systems können geändert werden. Es soll erwähnt werden, dass die Elemente und/oder Anordnungen der Kolbenanordnung aus irgendeinem von einer Vielzahl von Materialien gebildet werden können, die eine ausreichende Festigkeit oder Haltbarkeit aufweisen und aus irgendeiner von einer Vielzahl von Texturen oder Kombinationen. Es soll auch erwähnt werden, dass die Kolbenanordnung in Verbindung mit irgendeiner von einer großen Vielzahl von Motoren in irgendeiner von einer breiten Vielzahl von Anwendungen verwendet werden kann. Entsprechend ist beabsichtigt, dass all diese Modifikationen in dem Bereich der vorliegenden Offenbarung liegen. Andere Substitutionen, Modifikationen, Änderungen und Weglassungen können bezüglich des Designs, Betriebsbedingungen und der Anordnung der beispielhaften und anderen alternativen Ausführungsformen erfolgen, ohne den Bereich der vorliegenden Offenbarung zu verlassen.

Claims

Ein Kolben, der ausgebildet ist, um sich in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors hin- und herzubewegen, wobei der Kolben enthält: eine obere Oberfläche; und eine zylindrische Wand, die sich von der oberen Oberfläche weg erstreckt, wobei die zylindrische Wand enthält: eine erste Ringnut, die ausgebildet ist, um einen ersten Ring aufzunehmen, eine zweite Ringnut, die ausgebildet ist, um einen zweiten Ring aufzunehmen; eine dritte Ringnut, die ausgebildet ist, um einen dritten Ring aufzunehmen, eine erste Spanfläche zwischen der oberen Fläche und der ersten Ringnut, eine zweite Spanfläche zwischen der ersten Ringnut und der zweiten Ringnut, eine dritte Spanfläche zwischen der zweiten Ringnut und der dritten Ringnut, und mindestens eine Passage, die sich zwischen der zweiten Spanfläche und der zweiten Ringnut erstreckt; wobei die mindestens eine Passage ausgebildet ist zum fluidmäßigen Koppeln der zweiten Ringnut an ein Volumen, das die zweite Spanfläche umgibt.
Kolben nach Anspruch 1, bei dem die Passage eine im Allgemeinen zylindrische Bohrung ist.
Kolben nach Anspruch 1, bei dem die Passage eine Aussparung ist, die sich in die zweite Spanfläche und die zweite Ringnut erstreckt.
Kolben nach Anspruch 1, bei dem die erste Ringnut und die zweite Ringnut jeweils zum Aufnehmen eines Kompressionsrings ausgebildet sind.
Kolben nach Anspruch 4, bei dem die dritte Ringnut ausgebildet ist zum Aufnehmen einer Ölringanordnung.
Kolben nach Anspruch 4, bei dem die erste Ringnut und die zweite Ringnut unterschiedliche Querschnittsformen haben.
Kolben nach Anspruch 6, bei dem die erste Ringnut im Wesentlichen keilförmig ist und die zweite Ringnut im Wesentlichen rechteckig ist.
Kolben nach Anspruch 1, ferner enthaltend einen zweiten Ring, der innerhalb der zweiten Ringnut positioniert ist, wobei der zweite Ring eine radial innere Fläche und eine radial äußere Fläche, die für einen Kontakt mit dem Zylinder ausgebildet ist, enthält.
Kolben nach Anspruch 8, bei dem sich die Passage zu mindestens einem Bereich der zweiten Ringnut erstreckt, der von der radial inneren Oberfläche des zweiten Rings radial nach innen liegt.
Kolben nach Anspruch 1, bei dem die mindestens eine Passage mehr als eine Passage enthält.
Kolben nach Anspruch 1, bei dem die mindestens eine Passage eine zylindrische Bohrung ist, die einen Durchmesser zwischen ungefähr 0,5 mm und ungefähr 2,5 mm aufweist.
Kolben nach Anspruch 1, bei dem die Gesamtfläche der mindestens einen Passage zwischen ungefähr 0,2 mm² und ungefähr 4,9 mm² ist.
Kolben nach Anspruch 1, wobei der Kolben ein Pendelschaftkolben ist und die obere Oberfläche und die zylindrische Wand einen Kolbenkopf bilden, wobei der Kolben ferner einen Kolbenmantel enthält, der an den Kolbenkopf gekoppelt ist.
Kolbenanordnung, die ausgebildet ist, um sich innerhalb eines Zylinders eines Verbrennungsmotors hin- und herzubewegen, wobei die Kolbenanordnung enthält: eine obere Oberfläche; eine zylindrische Wand, die sich von der oberen Oberfläche aus erstreckt und eine erste Ringnut, eine zweite Ringnut und eine erste Spanfläche zwischen der ersten Ringnut und der zweiten Ringnut enthält; einen ersten Ring, der in der ersten Ringnut aufgenommen ist; einen zweiten Ring, der in der zweiten Ringnut aufgenommen ist, wobei der zweite Ring eine äußere Oberfläche aufweist, die zum Angreifen an dem Zylinder ausgebildet ist, und eine innere Oberfläche aufweist, die der äußeren Oberfläche gegenüberliegt; und mindestens eine Passage, die ein erstes Volumen, dem die äußere Oberfläche ausgesetzt ist, und ein zweites Volumen, dem die innere Oberfläche ausgesetzt ist, fluidmäßig koppelt.
Kolbenanordnung nach Anspruch 14, bei der die mindestens eine Passage in der zylindrischen Wand gebildet ist,
Kolbenanordnung nach Anspruch 15, bei der die mindestens eine Passage sich zwischen der ersten Spanfläche und der zweiten Ringnut erstreckt.
Kolbenanordnung nach Anspruch 16, bei der die mindestens eine Passage eine zylindrische Bohrung mit einem Durchmesser zwischen ungefähr 0,5 mm und ungefähr 2,5 mm ist.
Kolbenanordnung nach Anspruch 14, bei der die mindestens eine Passage in dem zweiten Ring gebildet ist.
Kolbenanordnung nach Anspruch 14, bei der die Gesamtfläche der mindestens einen Passage zwischen ungefähr 0,2 mm² und ungefähr 4,9 mm² liegt.
Verbrennungsmotor, enthaltend: einen Block, der mindestens eine zylindrische Bohrung mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende enthält; einen Zylinderkopf, der an den Block gekoppelt ist und im Wesentlichen das erste Ende der zylindrischen Bohrung einschließt; eine Kurbelwelle, die drehbar in dem Block aufgenommen ist; und eine Kolbenanordnung, die innerhalb der zylindrischen Bohrung aufgenommen und ausgebildet ist, um sich innerhalb der zylindrischen Bohrung hin- und herzubewegen, wobei die Kolbenanordnung an die Kurbelwelle gekoppelt ist und ausgebildet ist zum Drehen der Kurbelwelle, wenn sich der Kolben innerhalb der zylindrischen Bohrung hin- und herbewegt, wobei die Kolbenanordnung enthält: eine obere Oberfläche; eine zylindrische Wand, die sich von der oberen Oberfläche aus erstreckt und eine erste Ringnut, eine zweite Ringnut, eine dritte Ringnut, eine erste Spanfläche zwischen der ersten Ringnut und der zweiten Ringnut, und mindestens eine Passage aufweist, die sich zwischen der ersten Spanfläche und der zweiten Ringnut erstreckt; einen ersten Kompressionsring, der in der ersten Ringnut aufgenommen ist; einen zweiten Kompressionsring, der in der zweiten Ringnut aufgenommen ist; und eine Ölringanordnung, die in der dritten Ringnut aufgenommen ist, wobei die mindestens eine Passage ausgebildet ist zur fluidmäßigen Kopplung der zweiten Ringnut an das Volumen, das die erste Spanfläche umgibt.